电动汽车永磁同步电机控制方法研究与应用

发布时间：2017-09-26 20:44

  本文关键词：电动汽车永磁同步电机控制方法研究与应用

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【摘要】：电动汽车的电机控制系统要求具有转矩控制精确、能量反馈高、需要克服车载恶劣环境等特性,驱动电机控制性能直接影响着整车的安全性、舒适性、快速性、动力性和续航里程等性能。本文围绕电动汽车作为整车动力驱动用的永磁同步电机(简写为PMSM)控制方法及策略进行研究、改进和系统实现进行阐述。本文首先作为电动汽车驱动的电机性能要求,并介绍了5种常用电动汽车城驱动系统基本结构,在此基础上,分析了电动汽车常用的4种驱动电机本身性能及特点,通过分析对比,最终选用PMSM电机作为本课题研究的驱动电机。进一步介绍PMSM基本结构及工作原理和3种常用的控制方法,经过对这3中方法分别分析、归纳进而横向对比,选择空间矢量控制作为本课题PMSM控制方法。其次通过对PARK变换和CLARKE变换的分析,完成了PMSM在三种坐标系下(A-B-C坐标系、α-β坐标系、d-q-0坐标系)数学建模,在分析了各模型的应用特点的基础上,进一步优化确定了一种针对电动汽车性能需求的PMSM控制策略:基速以下,采用转矩/电流最大控制;基速以上,采用弱磁控制。并在MATLAB/Simulik环境下建立了基于空间矢量控制和针对电动汽车性能需求控制策略的PMSM仿真模型,通过仿真验证了所述控制策略的可行性。然后结合自己在河南速达电动汽车科技有限公司实习期间,该公司所设计的某款新能源纯电动汽车整车动力驱动性能指标和电动车辆驱动电机选型原则及专家经验,以此确定了所需PMSM主要参数。接着对车用PMSM控制器需求进行分析,从而完成该控制器的空间布局设计。在此基础上,采用IGBT作为功率开关器件,设计了以三相全控桥式逆变电路为主回路的控制器硬件系统电机驱动部分。在河南速达电动汽车科技有限公司相关技术工作的基础之上,并根据所选用电机的主要参数,来确定主回路的关键参数和IGBT、电容等电力电子器件的选用。通过对主控芯片参数计算,选用以数字信号处理器TMS320F2812为核心的控制器硬件系统主控部分。从而确定其外围电路、解码电路等。并在Code Composer Studio集成开发环境下,完成控制方法及策略的软件程序。最后在河南速达电动汽车科技有限公司的电动汽车永磁同步电机实验平台上对控制方法及策略进行测试,通过对实验结果认真客观分析,表明本课题所采用电机控制策略可靠稳定。同时也证明了所设计实现电机控制器和控制软件功能良好,该实验平台能很好满足电动汽车PMSM系统的硬件测试和软件开发。由此可见,本课题所设计的控制方法及其软硬件系统能够满足PMSM作为电动汽车综合性能的需求。
【关键词】：电动汽车 永磁同步电机 电机控制器 矢量控制
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;U469.72
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 文献综述12-30
• 1.1 背景及其意义12-13
• 1.2 电动汽车驱动电机13-19
• 1.2.1 电动汽车驱动电机性能要求13
• 1.2.2 电动汽车驱动电机系统基本结构13-16
• 1.2.3 电动汽车驱动电机的选择16-19
• 1.3 电动汽车PMSM的控制方法策略19-28
• 1.3.1 PMSM的结构19-20
• 1.3.2 PMSM的工作原理20-22
• 1.3.3 PMSM的控制方法与技术22-28
• 1.4 论文的主要工作28-29
• 1.5 本章小结29-30
• 第2章 车用PMSM控制策略研究30-48
• 2.1 PMSM的数学模型30-37
• 2.1.1 A-B-C坐标系中PMSM的数学模型30-33
• 2.1.2 α-β 坐标系中PMSM的数学模型33-34
• 2.1.3 d-q-0 坐标系中PMSM的数学模型34-37
• 2.2 基于电动汽车需求的控制策略37-45
• 2.2.1 基速以下的电磁转矩/单位电流最大控制策略37-38
• 2.2.2 基速以上的弱磁控制策略38-45
• 2.3 PMSM控制系统的构建45-46
• 2.4 本章小结46-48
• 第3章 系统的硬件实现48-66
• 3.1 驱动电机参数的选择48-51
• 3.1.1 驱动电机额定功率的确定48-49
• 3.1.2 驱动电机额定转速的确定49
• 3.1.3 驱动电机额定转矩的确定49-51
• 3.1.4 驱动电机最大功率、最大转速、最大转矩的确定51
• 3.2 控制器硬件系统总体设计51-53
• 3.2.1 车用PMSM控制器需求分析51-52
• 3.2.2 车用PMSM控制器空间布局52-53
• 3.3 控制器硬件系统主回路实现53-57
• 3.3.1 主回路关键参数的确定54-56
• 3.3.2 IGBT的驱动和保护56-57
• 3.4 控制器硬件系统主控制电路设计57-65
• 3.4.1 主控芯片参数计算与选型58
• 3.4.2 数字信号处理器TMS320F2812及外围电路58-60
• 3.4.3 转子位置信号采集和AD2S1205解码电路60-63
• 3.4.4 霍尔传感器信号采集和处理电路63-65
• 3.5 本章小结65-66
• 第4章 控制系统的软件实现66-72
• 4.1 控制系统软件结构66-67
• 4.2 控制策略软件程序实现67-70
• 4.3 本章小结70-72
• 第5章 仿真与实验72-94
• 5.1 PMSM矢量控制仿真72-83
• 5.2 PMSM控制系统实验平台83-90
• 5.2.1 PMSM控制系统实验平台整体结构83-85
• 5.2.2 PMSM控制系统实验平台分系统85-88
• 5.2.3 软件开发环境Labview与实验平台软件开发88-90
• 5.3 实验及结果分析90-93
• 5.3.1 基速以下，最大转矩/电流控制部分90-91
• 5.3.2 基速以上，，超前角弱磁恒功率控制部分91-93
• 5.4 本章小结93-94
• 第6章 结论与展望94-96
• 6.1 结论94
• 6.2 今后工作的展望94-96
• 参考文献96-100
• 致谢100

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本文编号：925659